第七章 超声波物理
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八年级物理中,超声波的特点主要包括以下几个方面:
1.方向性好:超声波几乎沿直线传播,这使得它可以在特定方向上传播而不容易散失能量。
2.穿透能力强:超声波能穿透许多电磁波不能穿透的物质,例如金属、塑料等。
3.易于获得较集中的声能:超声波的频率高,因此可以在一定的空间范围内获得较集中的声能。
4.有很强的“破碎”能力:由于超声波具有较高的能量,它可以用来破碎物体,如医学上的超声波碎
石等。
综上所述,超声波在医学、军事、工业、农业等领域有着广泛的应用,例如声呐、B超、超声波速度测定器、超声波清洗器、超声波焊接器等。
需要注意的是,虽然超声波具有许多优点,但在使用过程中也需要注意其可能产生的负面影响,如对人体和动物的影响等。
因此,在使用超声波时,需要遵守相关规定和操作规程,确保安全和有效。
初中物理超声波问题教案课程目标:1. 了解超声波的定义和特点;2. 掌握超声波的应用;3. 能够区分超声波和其他类型的波;4. 培养学生的实验操作能力和观察能力。
教学重点:1. 超声波的定义和特点;2. 超声波的应用;3. 超声波与其他波的区分。
教学难点:1. 超声波的传播特性;2. 超声波应用的原理。
教学准备:1. 超声波发生器;2. 超声波接收器;3. 实验材料(如水、泡沫等);4. 教学PPT。
教学过程:一、导入(5分钟)1. 引导学生思考:我们平时听到声音的频率范围是多少?2. 教师回答:人类能听到的声音频率范围是20Hz到20kHz。
3. 提问:那么高于20kHz的声音我们是否能听到?4. 引入超声波的概念:超声波是频率高于20kHz的声音,人类听不到。
二、超声波的特点(10分钟)1. 提问:超声波有哪些特点?2. 引导学生思考并回答:超声波具有方向性好、穿透能力强、能量集中等特点。
3. 教师演示实验:使用超声波发生器和接收器,让学生观察超声波的传播和接收。
4. 引导学生观察并总结超声波的传播特性。
三、超声波的应用(10分钟)1. 提问:超声波在日常生活中有哪些应用?2. 引导学生思考并回答:超声波应用于医学诊断(如B超)、工业检测(如超声波探伤)、清洗(如超声波清洁)等。
3. 教师展示相关应用的图片和视频,让学生了解超声波应用的原理。
4. 引导学生讨论并理解超声波应用的原理。
四、超声波与其他波的区分(10分钟)1. 提问:超声波和其他类型的波(如电磁波、声波)有什么区别?2. 引导学生思考并回答:超声波是机械波,电磁波是电磁场的波动,声波是气体、液体、固体的振动。
3. 教师展示超声波、电磁波、声波的图片和特点,让学生区分它们。
4. 引导学生总结超声波与其他波的区别。
五、实验操作(10分钟)1. 教师布置实验任务:使用超声波发生器和接收器,进行超声波传播实验。
2. 引导学生分组进行实验,观察并记录超声波的传播情况。
八年级上物理超声波知识点超声波是一种高频声波,其频率大于20千赫兹,常被应用在医学、工业、科研等领域。
在物理学中,我们还需要了解一些基础的超声波知识,下面就来系统地了解一下。
一、超声波的产生和传播
超声波的产生有多种方法,比如电声效应、热声效应、压电效应等。
而在传播时,超声波的速度和传播方向受材料性质和厚度等因素的影响。
二、超声波的应用
超声波在医学影像中有着非常重要的应用。
医生可以通过超声波产生的回声来观察人体内部器官的结构和功能。
此外,超声波还可以用于雕刻、焊接、探伤等工业领域,甚至可应用于潜艇探测等军事领域。
三、超声波与数字信号处理
数字信号处理技术是超声波应用的重要组成部分,它可以对超声波信号进行滤波、降噪、图像处理等操作,从而提高超声波在医学影像等领域中的精准度和可靠性。
四、超声波测距
超声波测距是超声波应用的重要方面之一,它可以通过对超声波传播时间和速度的测量来计算出被测对象的距离。
这项技术被广泛应用于自动控制、距离测量等领域。
五、超声波温度计
超声波温度计是一种常用的温度测试仪器,在某些条件下可以实现高精度的温度测量。
它通过测量超声波的声速和密度参数来计算物质的温度值。
以上就是八年级上物理超声波知识点的相关介绍。
希望对您的学习有所帮助。
初三物理超声波知识点总结超声波的产生超声波是指频率高于人类听觉范围(20Hz~20000Hz)的机械波。
在实际生活中,我们可以通过一些物理现象来产生超声波,比如压电效应、热效应和电磁效应。
1. 压电效应压电效应是指某些晶体或陶瓷材料在受到外力作用时会产生电荷分布不均,从而产生电压差。
当外力消失时,电荷分布又恢复均匀。
利用压电效应,可以使晶体或陶瓷材料发生振动,产生超声波。
2. 热效应热效应是指当物体受到热作用时,分子或原子会产生振动,进而产生声波。
通过热效应,可以利用特定材料的特性产生超声波。
3. 电磁效应电磁效应是指电磁场对物质产生的作用,可以通过电磁场产生机械振动,从而产生超声波。
常见的超声波发生器就是利用电磁效应产生超声波的。
超声波的传播在空气、液体、固体中,超声波的传播速度不同。
在空气中,超声波速度大约为343米/秒;在水中,超声波速度约为1500米/秒;在钢铁中,超声波速度可达5000米/秒以上。
此外,超声波在传播时会发生折射、反射和衍射等现象。
1. 折射当超声波从一种介质传播到另一种介质时,由于介质密度和声速的不同,超声波会发生折射现象。
根据折射定律,超声波入射角和折射角之间的关系可以用Snell定律表示。
2. 反射当超声波遇到障碍物时,会发生反射现象。
反射波产生后,可以用超声探测仪来探测反射波,从而得到目标物体的位置和形状信息。
3. 衍射如果障碍物的尺寸与超声波波长相当,就会出现衍射现象。
衍射是指波在穿过障碍物后,扩散到未经过的区域。
通过衍射现象,可以利用超声波来探测目标物体的轮廓和结构。
超声波的应用超声波具有穿透力强、无辐射、非侵入性等优点,因此在医学、工业、地质、海洋等领域有着广泛的应用。
1. 医学领域超声波在医学领域有着广泛的应用,比如超声波影像技术、超声波治疗技术和超声波麻醉技术等。
超声波影像技术可以用来检测人体内部器官的结构和功能,如超声心动图、超声肝胆胰等;超声波治疗技术可以用来治疗一些疾病,如肌肉损伤、骨折等;超声波麻醉技术可以用来麻醉手术患者,减轻术中疼痛。
超声波物理超声波物理是研究超声波在物质中传播和相互作用的学科。
超声波是一种频率高于人耳听力范围的机械波,其频率一般在20kHz到1GHz之间。
超声波在医学、工业、材料科学等领域有广泛的应用,因此研究超声波的物理特性对于这些领域的发展至关重要。
超声波是由声波产生的,它们通过压电晶体的震动而产生。
当电场施加在压电晶体上时,晶体会发生形变,并将电能转化为机械能,从而产生超声波。
压电晶体的震动频率与施加在其上的电场频率相同,这种现象称为压电效应。
超声波的频率取决于压电晶体的特性和施加的电场频率。
超声波在物质中传播时,会受到物质的吸收、散射和传播速度的影响。
物质中的分子和原子对超声波的能量吸收有一定的选择性,这取决于超声波的频率和物质的性质。
吸收会导致超声波能量的衰减和传播距离的减小。
而散射是指超声波在物质中遇到界面或杂质时发生的方向改变,这种现象可以用来检测物质内部的结构和缺陷。
传播速度是超声波在物质中传播的速度,它与物质的密度和弹性模量有关。
通过测量超声波的传播速度,可以得到物质的力学性质和结构信息。
超声波在医学中被广泛应用于诊断和治疗。
超声波可以穿透人体组织,并与不同组织的界面发生反射和散射。
通过接收返回的超声波信号并进行处理,可以生成人体内部的图像,用于检测疾病和异常情况。
超声波诊断技术无创、安全,并且成本相对较低,因此在临床上得到广泛应用。
此外,超声波在医学治疗中也有重要应用,例如超声刀可以用于手术切割和凝固组织。
在工业中,超声波可以用于非破坏性检测和材料加工。
超声波的散射特性可以用来检测材料中的内部缺陷和裂纹,从而评估材料的质量。
超声波还可以用来清洗和焊接材料,其高能量可以使污垢和气泡迅速振动和脱落,从而提高清洗效果。
超声波焊接可以将两个物体通过超声波的振动熔接在一起,无需使用胶水或其他粘合剂。
超声波物理是一个多学科交叉的领域,涉及声学、电子学、材料科学等多个学科的知识。
通过研究超声波的物理特性,我们可以更好地理解超声波在物质中的行为,并应用于医学、工业和材料科学等领域。
声速声速与介质的体弹性系数和密度有关。
由于介质的弹性系数与温度有关,因此声速也与温度有关。
在超声诊断的频段中,人体组织的超声速度与频率无关,而且软组织中的声速都很接近,约为1540m/s。
波长、周期和频率声波在介质中传播时,两个相邻的同相位点之间的距离,如相邻两点稠密部之间的距离(超声波在人体中一般是以纵波方式传播),称为声波的波长,以λ表示。
波向前移动一个波长的距离所需的时间,称为声波的周期,以T表示。
介质中任何一给定点在单位时间内通过的波敝,称为声波的频率,以f表示。
它们之间的关系为λ=C/f=CT式中为声波的传播速度。
医学诊断中采用的超声波频率在1-20MHz范围内。
声阻抗介质中任意点的密度ρ与该点处声波的传播速度C之积为此介质在该点处的声阻抗,以Z表示,即Z=ρC。
它是表征介质的声学特性的一个重要物理量。
声阻抗的变化将影响超声波的传播。
声阻抗是采用反射回波法进行超声诊断的物理基础。
声压级与声强级声压级LP是以分贝表示的某个声压P与参考分压P0的比值,即LP=20lg(P/P0)声强级LI是以分贝表示的某个声强I与参考声强I0的比值,即LI=10lg(I/I0)声强是表示声的客观强弱的物理量,它表示通过垂直于传播方向上单位面积的能流率。
声强为I=1/2(ρCω02A2)= p02/(2Z)声强的单位是mW/cm2或W/m2。
声强与声源的振幅有关,振幅越大,声强也越大。
对于平面超声波,他的总功率为强度I和面积S的乘积,即W=IS。
由于超声强度太大会破坏人体正常细胞组织,因其不可逆的生物效应。
因此,国际上对诊断用超声强度安全剂量作出规定,一般接受的安全剂量为20mW/cm2。
超声波的指向性对于平面园片换能器,在无吸收的介质中其波束形状有两个不同的区域即园柱形区和发散区或称为近场区和远场区。
近场区的长度为D2/4λ,D为晶片直径,λ为该介质中传播的超声波长。
在远场区,发散角由sinθ=1.22λ/D给出。
超声波物理特性1、方向性超声波与一般声波不同,由于频率极高,波长很短,远远小于换能器(探头压电晶体片)的直径,故在传播时发射的超声波集中于一个方向,类似平面波,声场分布呈狭窄的圆柱状,声场宽度与换能器压电晶体片之大小相接近,因有明显的方向性,故称为超声束。
2、反射、散射、透射、折射和绕射超声在密度均匀的介质中传播,不产生反射和散射射。
在传播中,经过两种不同介质的界面时,一部分能量由界面处返回第一介质,此即反射,其方向与声束和界面间的夹角有关,反射角和入射角相等,如二者垂直,即沿原入射声束的途径返回;另一部分能量能穿过界面,进入第二介质,此即透射。
两介质声阻相差愈小,财界面处反射愈少,透射入第二介质愈多,甚至可以没有反射,只有透射,如超声波在均匀介质水中的传播就是如此。
超声诊断常用这一特性来鉴别病变的囊性、实质性及结构是否均匀。
反之,两种不同介质的声阻相差愈大,则界面处反射愈强,透射入第二介质愈少,甚至难以透过,超声波的这一特性限制了超声在肺和骨的应用。
超声在传播时,遇到与超声波波长近似或小于波长(小界面)的介质时,产生散射与绕射。
散射为小介质向四周发散超声,又成为新的声源。
绕射是超声波绕过障碍物的边缘,继续向前传播。
散射回声强度与超声波入射角无关。
穿过大界面的透射波如果发生声束前进方向的改变,称为折射。
折射是由于两种介质声速不同引起的。
超声检查时,通过人体内各组织器官的界面反射和散射回声,不仅能显示器官的轮廓及毗邻关系,而且能显示其细微结构及运动状态,故界面的反射和散射回声是超声成像的基础。
3.吸收与衰减当声波在弹性介质中传播时,由于“内摩擦”或所谓“黏滞性”而使声能逐渐减小,声波的振幅逐渐减低,介质对声能的此种作用即为吸收,而声波由强变弱的过程即为衰减。
吸收与衰减的多少和超声波的频率、介质的黏滞性、导热性、温度及传播的距离等因素有密切关系。
超声波在介质中传播时,入射声能随传播距离的增加而减少的现象称超声衰减,其原因有反射、散射、声束的扩散及吸收。